Akcja rozgrywa się w Anglii w 1850 roku. Młody londyński artysta Walter Hartright, na polecenie swojego przyjaciela, włoskiego profesora Peski, dostaje pracę jako nauczyciel malarstwa w Limmerridge w Cumberland, w posiadłości Fredericka Fairleya w Esq. Przed wyjazdem Walter żegna się ze swoją matką i siostrą, które mieszkają na przedmieściach Londynu. Wracając do domu późnym upalnym wieczorem, niespodziewanie spotyka dziwną kobietę ubraną na biało na opustoszałej drodze. Kontynuują podróż razem. Wspomnienie Hartwrighta o miejscach, do których się udaje, powoduje niespodziewane podekscytowanie. Z miłością mówi o pani Fairley, zmarłej właścicielce Limmeridge. Potem ze złością i strachem przywołuje barona z Hampshire, nie wspominając jednak o swoim imieniu. Walter pomaga nieznajomemu złapać keb i prawie natychmiast po jej odejściu widzi spacerowicza z dwoma jeźdźcami pytającymi o „białą kobietę”. Szukają jej, by wróciła do domu wariatów, skąd uciekła.
Walter Hartwright przybywa do Limmeridge, poznaje swoich mieszkańców. To Marian Golcombe, córka zmarłej pani Fairley z pierwszego małżeństwa, brzydka, ale urocza i energiczna brunetka, siostra jej matki Laura Fairley, delikatna i delikatna blondynka oraz pan Frederick Fairley, ich wujek, kawaler i straszny egoista, ten, który zasugerował Praca Waltera. Walter opowiada Marianowi o swoim spotkaniu z białą kobietą, a ona, zaintrygowana, znajduje w swoich listach do matki wzmiankę o dziewczynie Annie Katerik. Pani Fairley przywiązała się do dziewczyny z powodu jej podobieństwa do Laury, a mała Anna, odpowiadając na swoją patronkę z żarliwą miłością, przysięgła na swój honor chodzić zawsze tylko w bieli. Tutaj William zdaje sobie sprawę z dziwnego uczucia, które nieraz widział, kiedy patrzył na Laurę: biała kobieta zaskakująco przypominała Laurę, która tylko straciła na wadze, zbladła lub przeżyła smutek. Marian i Walter trzymają swoje odkrycie w tajemnicy. Tymczasem, jak to często bywa, nauczyciel i uczeń, Walter i Laura, zakochali się. Ale nie mówią o swojej miłości. Dzieli je przepaść nierówności społecznych i nierówności majątkowych, ponieważ Laura jest szlachetna i bogata, ona jest spadkobierczynią Limmeridge. A co najważniejsze, Laura jest zaręczona z mężczyzną, którego wybrał jej ojciec - jest to baronet Sir Percival Glide, właściciel dużej posiadłości w Hampshire. Marian Walter przekazuje to Walterowi, a na słowa „Baronet” i „Hampshire” przypomina niespójną mowę kobiety, którą kiedyś spotkał na biało. Ale tutaj Hartwright widzi ją ponownie na cmentarzu w Limmeridge - Anna Katerik myje pomnik z białego marmuru na grobie pani Fairley. W rozmowie z Walterem (i dzień wcześniej w anonimowym liście do Laury, co ją bardzo zaniepokoiło), Anna ostrzega Laurę o swoim małżeństwie z Sir Percivalem Glide'em, który wydaje jej się ucieleśnieniem zła. Co więcej, okazuje się, że to on uwięził Annę w domu wariatów. Żegnając się z Laurą, przygnębiony Walter wraca do Londynu, a następnie wyjeżdża na długą, niebezpieczną wyprawę archeologiczną do Ameryki Środkowej.
Marian zmusza Laurę, narzeczonego, który przybył do Limmeridge, aby wyjaśnił Annę, i przesyła list do pani Katerik, matki Anny, na dowód, że działała za jej zgodą i na korzyść córki. Do ostatniej chwili Marian i Laura mają nadzieję, że coś utrudni ślub, ale cud się nie wydarzy. Percival Glide i Laura Fairley pobierają się w kościele Limmeridge i wyruszają w podróż poślubną do Włoch. Sześć miesięcy później wracają do Anglii i osiedlają się w Blackwater Park, posiadłości Glide, i przybywa tam Marian Golcombe. Wraz z parą Glide przybywa z Włoch kolejne małżeństwo - hrabia i hrabina Fosco. Hrabina Fosco, ciocia Laury, niegdyś absurdalna i zarozumiała, jest teraz oddana mężowi swoją duszą i ciałem, z którego dosłownie nie odrywa oczu, jak zahipnotyzowana, chwyta każde słowo i ciągle wykręca dla niego małe pachitos. Hrabia Fosco jest niezwykle gruby, niezmiennie uprzejmy, bardzo uprzejmy, nieustannie zwraca uwagę na swoją żonę, uwielbia białe myszy, które nosi ze sobą w dużej klatce. Ale odczuwa się w nim niezwykłą siłę ducha („gdyby zamiast kobiety poślubił tygrysicę, oswoiłby również tygrysicę”, zauważa Marian).
W pobliżu Blackwater Park Laura spotyka Annę Katerik, a ona po raz kolejny ostrzega ją, radząc, aby nie ufała mężowi i nie bała się go. A Sir Percival, zdesperowany w poszukiwaniu pieniędzy, chce, aby Laura podpisała dokumenty bez czytania. Laura odmawia. Mąż jej grozi, ale hrabiem Fosco udało się złagodzić sytuację. Blask pana młodego Percivala i jego urok od dawna zniknęły, jest niegrzeczny wobec swojej żony, kpiąc i wyrzucając jej niejeden raz z powodu swojej pasji do nauczyciela-artysty (Percival odgadł sekret Laury). Hrabia i jego żona pod każdym względem uniemożliwiają Marianowi skontaktowanie się z adwokatem rodziny Fairley. Wielokrotnie przechwytywali listy (raz nawet nałożyli miksturę na dziewczynę, która miała wysłać list po przybyciu do Londynu). Marian podejrzewa spisek przeciwko Laurie i, aby utwierdzić się w swoich przypuszczeniach, podsłuchuje rozmowę Percivala Glide'a i hrabiego Fosco. Spisek istnieje, ale Marian nie może się mu oprzeć - podsłuchując rozmowę nocną, przeziębia się i poważnie choruje. Wykorzystując chorobę Mariana, ona, zgodnie z planem hrabiego Fosco, zostaje przeniesiona do odległej części zamku, Laura zostaje poinformowana, że wyjechała, a oni są oszukiwani, aby ją oszukać, aby odwiedzić jej wuja, pana Fairleya. Ale w Londynie Laura pod imieniem Anna Katerik zostaje umieszczona w domu wariatów, w którym kiedyś była prawdziwa Anna, a wyimaginowana pani Glide, która się tam pojawiła, umierała w londyńskim domu swojej ciotki. Teraz nic nie stoi między Percival Glide a bogactwem jego żony.
Po wyzdrowieniu Marian próbuje dowiedzieć się, co się stało. Udaje jej się znaleźć i za pomocą przekupstwa uwolnić Laurę - rozbita, pozostawiona bez imienia i bogactwa. Walter wraca z wyprawy. Przybywszy, by pokłonić się do grobu Laury, spotyka Mariana i zmienionego, strasznie podobnego do Anny Katerik Laury. Walter wynajmuje mieszkanie, w którym cała trójka mieszka. Razem z Marian pomagają Laurie stopniowo odzyskiwać zdrowie. Walter postanawia przywrócić Laurie jej imię. Zdając sobie sprawę, że Sir Percival Glide ukrywał Annę Katerik w domu wariatów, ponieważ bał się objawień, Walter zaczyna się dowiedzieć, które z nich. Odwiedza matkę Anny, panią Katerik. Zdecydowanie odmawia pomocy Hartrightowi w doprowadzeniu Percival Glide do czystej wody, podczas gdy niewątpliwie nienawidzi Glide'a i ucieszy się, jeśli Walterowi uda się go załatwić. Na podstawie rozmów z panią Katherick, matką Anny, z urzędnikiem kościoła Old Wellingham, panem Wansborough, który miał skopiowaną księgę metryk kościelnych, Walter rozumie, że małżeństwo rodziców Glide'a nie zostało zarejestrowane, dlatego nie ma prawa do tytułu ani do grunty. Pewnego razu Glide uzyskała dostęp do zakrystii i możliwość sfałszowania płyty dzięki pani Katerik, ale kiedy jej mąż podejrzewał romans między nimi, Glide nie obaliła tego założenia, obawiając się ujawnić prawdziwy powód swoich spotkań z nią. Następnie wielokrotnie pomagał pani Katerik pieniędzmi. Nienawiść do Anny i strach przed nią były spowodowane tym, że dziewczynka odważyła się powtórzyć po matce, że zna sekret Glide. To wystarczyło, by biedna dziewczyna znalazła się w domu wariatów, a jej przemówienia - cokolwiek by powiedziała - nie mogły być uznane za dowód. Wyczuwając niebezpieczeństwo, Percival Glide dokłada wszelkich starań, aby Walter nie dotarł do prawdy, a następnie, nieświadomy istnienia duplikatu, postanawia spalić księgę zapisów, ale spala się w ogniu kościelnym.
Hrabia Fosco ucieka przed prześladowaniami. Przypadkiem w teatrze Walter widzi hrabiego i zauważa swój oczywisty strach na widok swojego przyjaciela profesora Peski, który nie rozpoznaje hrabiego (mógł jednak zmienić swój wygląd, a lata wykonał swoją pracę). Oczywiście, Walter rozumie, hrabia Fosco był członkiem tego samego tajnego stowarzyszenia co Sand. Strach przed hrabiego można wytłumaczyć apostazją, zdradą interesów braterstwa i oczekiwaniem rychłego odwetu. Walter jest zmuszony skorzystać z pomocy Sands. Zostawia profesorowi zapieczętowaną kopertę z listem, w którym ujawnia hrabiego i prosi go o ukaranie, jeśli Walter nie wróci o wyznaczonej godzinie następnego dnia. Podejmując te środki ostrożności, Walter Hartwright przychodzi do hrabiego Fosco i zmusza go do napisania historii o oszustwie popełnionym przez niego i Glide'a. Hrabia, z wrodzonym samozadowoleniem, pisze z entuzjazmem, spędzając prawie całą noc na tej lekcji, a hrabina przygotowuje się do jej pośpiesznego odejścia, pojawiając się od czasu do czasu i pokazując Walterowi swoją nienawiść do niego.
Na podstawie rozbieżności w terminach: przed wysłaniem listu Fredericka Fairleya wydano akt zgonu, zawierający zaproszenie do odwiedzenia jej siostrzenicy, Walter udowadnia, że Laura żyje, a Anna Katerik zostaje pochowana. Napis na pomniku został zmieniony. Anna Katerik, biała kobieta, po śmierci znalazła to, czego chciała: spoczywa obok pani Fairley, którą tak bardzo kochała.
Laura i Walter pobierają się. Ich życie stopniowo się poprawia. Walter dużo pracuje. Po pewnym czasie w interesach w Paryżu widzi zwłoki hrabiego Fosco schwytanego z Sekwany. Na ciele nie ma żadnych oznak przemocy, z wyjątkiem dwóch nacięć nożem na ręce, które skrywały piętno - znak tajnego stowarzyszenia wielkości małej monety (Sands ma ten sam znak na dłoni). Po powrocie do Londynu Walter nie ma w domu ani Laury i jej sześciomiesięcznego syna, ani Mariana. Dostaje od żony list z prośbą do niego natychmiast i bez obawy o przybycie do Limmeridge. Podekscytowana Laura i Marian spotykają go tam, a po śmierci wuja Laura przejęła majątek rodzinny. A mały Walter, młody spadkobierca Limmeridge, który Marian trzyma w ramionach, można teraz uznać za jednego z najbardziej hojnych właścicieli ziemskich w Anglii.